La inteligencia artificial revela los secretos de la producción de oxígeno en el Planeta Rojo

Un químico de IA ha creado con éxito un catalizador para producir oxígeno a partir de meteoritos marcianos.

Migrar y vivir allí Marte A menudo son temas de ciencia ficción. Antes de que estos sueños se hagan realidad, la humanidad enfrenta grandes desafíos, como la escasez de recursos vitales como el oxígeno necesario para la supervivencia a largo plazo en el Planeta Rojo. Sin embargo, los recientes descubrimientos de actividad acuática en Marte han generado nuevas esperanzas para superar estos obstáculos.

Los científicos ahora están explorando la posibilidad de descomponer el agua para producir oxígeno a través de la oxidación electroquímica del agua impulsada por energía solar con la ayuda de catalizadores de reacción de evolución de oxígeno (REA). El desafío es encontrar una manera de fabricar estos catalizadores in situ utilizando materiales encontrados en Marte, en lugar de transportarlos desde la Tierra, lo cual es costoso.

Avances en inteligencia artificial y química marciana

Para abordar este problema, un equipo dirigido por el profesor Luo Yi, el profesor Jiang Jun y el profesor Shang Weiwei de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia China de Ciencias (CAS) logró recientemente hacerlo posible. Recopilar y optimizar automáticamente catalizadores REA de meteoritos marcianos utilizando inteligencia artificial química (IA) automatizada.

Su investigación, en colaboración con el Laboratorio de Exploración del Espacio Profundo, fue publicada recientemente en la revista Síntesis de la naturaleza.

«El químico basado en IA sintetiza de forma innovadora el catalizador REA utilizando materiales marcianos basándose en la colaboración interdisciplinaria», dijo el profesor Luo Yi, científico principal del equipo.

En cada sesión experimental, el químico de IA analiza primero la composición elemental de los minerales marcianos utilizando espectroscopia inducida por láser (LIBS) como sus ojos. A continuación, se realizan una serie de tratamientos previos a los minerales, incluido el pesaje en la estación de trabajo de distribución de sólidos, la preparación de soluciones de materia prima en la estación de trabajo de dosificación de líquidos, la separación de líquidos en la estación de trabajo de centrífuga y la solidificación en la estación de trabajo de secadora.

Un químico robótico con IA crea útiles catalizadores generadores de oxígeno utilizando meteoritos marcianos. Crédito: AI-Chemist Group de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China

Los hidróxidos metálicos resultantes se tratan con adhesivo Nafion para preparar el electrodo de trabajo para las pruebas REA en la estación de trabajo electroquímica. Los datos de la prueba se envían al «cerebro» computacional del químico de IA en tiempo real Aprendizaje automático (ml) Procesamiento.

El «cerebro» del químico de IA utiliza química cuántica y simulaciones de dinámica molecular de 30.000 hidróxidos de alta entropía con diferentes proporciones elementales y calcula sus actividades catalíticas REA mediante la teoría funcional de la densidad. Los datos de simulación se utilizan para entrenar un modelo de red neuronal para predecir rápidamente las actividades de estímulos con diferentes composiciones elementales.

Finalmente, mediante la optimización bayesiana, el «cerebro» predice la combinación de minerales marcianos disponibles necesaria para fabricar el catalizador REA óptimo.

Logrando un gran avance en la producción de oxígeno

Hasta ahora, el químico de IA ha creado un excelente catalizador utilizando cinco tipos de meteoritos marcianos en condiciones no tripuladas. Este estimulador puede funcionar de forma estable durante más de 550.000 segundos a una densidad de corriente de 10 mA cm^-2 Y una potencia de 445,1 mV. Otra prueba a -37°C, la temperatura de Marte, confirmó que el catalizador podía producir oxígeno de forma estable sin ninguna degradación evidente.

En dos meses, el químico de IA completó un complejo proceso de optimización de catalizadores que a un químico humano le llevaría 2.000 años.

El equipo está trabajando para transformar el químico basado en inteligencia artificial en una plataforma de experimentación general para diversas composiciones químicas sin intervención humana. El revisor del artículo señaló firmemente: «Este tipo de investigación es de gran interés y está sujeta a un rápido desarrollo en la síntesis y el descubrimiento de materiales orgánicos/inorgánicos».

«En el futuro, los humanos podrían establecer una fábrica de oxígeno en Marte con la ayuda de un químico de inteligencia artificial», dijo Jiang. Sólo se necesitan 15 horas de radiación solar para producir la concentración de oxígeno suficiente para la supervivencia humana. Dijo: «Esta tecnología avanzada nos acerca un paso más a lograr nuestro sueño de vivir en Marte».

Referencia: “Síntesis automatizada de catalizadores productores de oxígeno a partir de meteoritos marcianos por un químico robótico con IA” por Qing Zhou, Yan Huang, Donglai Zhou, Luyuan Zhao, Lulu Guo, Ruyu Yang, Zexu Sun, Man Lu, Fei Zhang, Hengyu Xiao, Shen Sheng Tang, Shuchun Zhang, Tao Song, Xiang Li, Baochun Zhong, Johnny Zhu, Yihan Zhang, Baicheng Zhang, Jiaqi Cao, Guozhen Zhang, Song Wang, Guilin Yi, Wangjun Zhang, Haitao Zhao, Shuang Cong, Huirong Li, Li – Li Ling, Zhi Zhang, Yue Zhang, Jun Jiang y Yi Lu, 13 de noviembre de 2023. Síntesis de la naturaleza.
doi: 10.1038/s44160-023-00424-1